Dans le domaine de la physique quantique, certains noms circulent surtout dans les revues spécialisées et les laboratoires, loin du grand public. Celui de Mohamed Bourennane est de ceux-là. Ce physicien algéro-suédois, né à Laghouat, dirige depuis près de vingt ans un groupe de recherche à l'Université de Stockholm. Ses travaux portent sur la communication quantique et l'intrication, deux piliers des technologies qui pourraient transformer la sécurité de nos échanges d'informations.
Son parcours est aussi celui d'un enfant d'une famille modeste du sud algérien, devenu membre de l'une des académies scientifiques les plus prestigieuses d'Europe.
Membres du Haut Conseil de la communauté scientifique nationale à l’étranger noms, missions et responsabilités
Pour son doctorat, il quitte l'Algérie pour la Suède. Il le soutient en 2001 au KTH, sous la direction d'Anders Karlsson. Sa thèse s'intitule Long wavelength quantum cryptography, single-photon detection, and quantum entanglement applications. Ces trois thèmes reviendront tout au long de sa carrière : la cryptographie quantique, la détection de photons uniques et l'intrication.
Des origines modestes à Laghouat
Mohamed Bourennane est né le 2 mai 1962 à Laghouat, dans le sud de l'Algérie, alors sous administration française. Il grandit dans un milieu populaire : son père était chauffeur de camion. Il fait ses études secondaires au lycée Al-Ghazali de Laghouat et obtient son baccalauréat scientifique en 1981. Il rejoint ensuite l'une des meilleures institutions scientifiques du pays, l'Université des sciences et de la technologie Houari Boumediene (USTHB), à Alger.
Une formation en physique théorique
Son cursus à l'USTHB s'est déroulé en physique théorique :| Année | Diplôme | Établissement |
| 1981 | Baccalauréat scientifique | Lycée Al-Ghazali, Laghouat |
| 1985 | Diplôme d'études supérieures (DES), physique théorique | USTHB, Alger |
| 1988 | Magister, physique théorique | USTHB, Alger |
| 2001 | Doctorat (PhD) | KTH, Institut royal de technologie, Stockholm |
Les années allemandes : Munich et Garching
Après son doctorat, Bourennane poursuit sa formation de chercheur en Allemagne, où il effectue des séjours postdoctoraux :- à l'Université Ludwig-Maximilian (LMU) de Munich ;
- à l'Institut Max Planck d'optique quantique, à Garching.
Le retour à Stockholm : un groupe de recherche fondé en 2005
En février 2005, Bourennane fonde à l'Université de Stockholm (département de physique) le groupe Quantum Information and Quantum Optics, qu'il dirige depuis. Il y est aujourd'hui professeur. Ses travaux y sont suivis par une large communauté : son profil Google Scholar dépasse les 10 000 citations, et il a publié plus de 170 articles en information quantique, optique quantique et fondements de la physique quantique. Il participe aussi à l'infrastructure nationale de communication quantique de la Suède (NQCIS), un consortium qui travaille à la mise en place d'un réseau de communication quantique à l'échelle du pays.
Comprendre ses recherches
1. La distribution quantique de clés (QKD)
La cryptographie classique repose sur des problèmes mathématiques difficiles à résoudre. La distribution quantique de clés s'appuie sur les lois de la physique : toute tentative d'espionnage sur un canal quantique perturbe les particules transmises, et les deux interlocuteurs peuvent détecter cette intrusion. La contribution la plus connue de Bourennane concerne la QKD avec des systèmes à plusieurs niveaux (systèmes à d niveaux, ou « qudits »). Un qubit ordinaire a deux états. Un qudit en a davantage, ce qui permet de transporter plus d'information par particule et, selon les protocoles étudiés, de gagner en robustesse face au bruit et aux attaques. Deux articles font référence sur ce sujet :- Quantum key distribution using multilevel encoding (Bourennane, Karlsson, Björk, Physical Review A, 2001) ;
- Security of Quantum Key Distribution Using d-Level Systems (Cerf, Bourennane, Karlsson, Gisin, Physical Review Letters, 2002), son article le plus cité, avec plus de 1 800 citations.
2. La téléportation quantique et l'intrication à trois particules
Dès 1998, Anders Karlsson et Mohamed Bourennane publient Quantum teleportation using three-particle entanglement dans Physical Review A. L'article, cité plus de 1 200 fois, propose un schéma de téléportation fondé sur des états intriqués à trois particules.3. L'intrication multipartite et les « témoins d'intrication »
L'intrication entre deux particules est bien comprise. Avec trois, quatre particules ou davantage, sa nature devient beaucoup plus riche et plus difficile à vérifier. Bourennane et ses collègues ont réalisé la première détection expérimentale d'une intrication multipartite véritable à l'aide d'opérateurs témoins (witness operators), publiée dans Physical Review Letters en 2004. Un témoin d'intrication est un observable dont la mesure permet de prouver qu'un état est intriqué, sans avoir à reconstruire l'état complet, ce qui est coûteux.4. Les tests indépendants des appareils
Un enjeu majeur de la cryptographie quantique est de ne pas avoir à faire confiance aux appareils de mesure. Ses travaux vont dans ce sens :- Tests expérimentaux des dimensions classique et quantique, indépendants des dispositifs (Nature Physics, 2012) ;
- Détection d'intrication indépendante des appareils de mesure (Scientific Reports, 2015).
5. La photonique topologique
Son champ de recherche ne se limite pas à la cryptographie. En 2019, un article paru dans Nature Photonics, Corner states of light in photonic waveguides, a présenté des états de lumière localisés dans les coins de structures photoniques. Il compte plus de 500 citations et montre l'ouverture de son groupe vers la physique topologique appliquée à la lumière.
Résumé de ses contributions
| Thème | Apport principal | Publication de référence |
| QKD multi-niveaux | Protocoles et sécurité pour des systèmes à d niveaux | PRA 2001, PRL 2002 |
| Téléportation quantique | Schéma avec intrication à trois particules | PRA 1998 |
| Intrication multipartite | Première détection expérimentale par opérateurs témoins | PRL 2004 |
| Tests indépendants des appareils | Dimensions classique et quantique testées expérimentalement | Nature Physics 2012 |
| Détection d'intrication sans confiance dans les mesures | Approche indépendante des appareils de mesure | Sci. Reports 2015 |
| Photonique topologique | États de coin de la lumière dans des guides d'onde | Nature Photonics 2019 |
Pourquoi ces travaux comptent
Les ordinateurs quantiques, s'ils atteignent une taille suffisante, menaceront une partie des systèmes de chiffrement actuels. La communication quantique figure parmi les réponses envisagées à cette menace. En Europe comme en Suède, des infrastructures nationales sont en cours de construction. Les recherches de Bourennane portent sur les briques fondamentales de ces réseaux :-
- la génération et la vérification d'états intriqués ;
- la sécurité des protocoles de distribution de clés ;
- la réduction de la confiance accordée aux appareils ;
- l'exploitation de la dimension des systèmes quantiques pour transporter plus d'information.
Distinctions et reconnaissance
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- 2014 : élection à l'Académie royale des sciences de Suède. La presse algérienne rapporte qu'il a été élu à l'unanimité. C'est une distinction rare pour un chercheur d'origine algérienne.
- 2024 : Algerian Scholar Award (Wissam du savant algérien), décerné en décembre 2024 parmi d'autres chercheurs algériens distingués en mathématiques, informatique, communications et archéologie. Une cérémonie d'hommage s'est tenue à Laghouat, sa ville natale.
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- Athman Bouguettaya biographie et parcours scientifique en informatique
Un parcours exemplaire pour la jeunesse algérienne
La trajectoire de Bourennane est souvent citée en exemple. En quelques étapes, elle illustre ce que permet l'école publique algérienne :-
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- un lycée de province (Laghouat) ;
- une formation solide en physique théorique à l'USTHB ;
- un doctorat à l'étranger dans un domaine de pointe ;
- des postdoctorats dans des instituts de premier plan ;
- la création d'un groupe de recherche reconnu internationalement.
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